摘要：pt電阻溫度傳感器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，所以一些廠家就開始著手研究高性價(jià)比的測試系統(tǒng)，本文介紹了pt電阻溫度傳感器測試系統(tǒng)的多通道信號調(diào)理模塊的原理及電路設(shè)計(jì)。
一、引言
pt電阻溫度傳感器由于精度高、穩(wěn)定性好、可靠性強(qiáng)、壽命長，所以廣泛應(yīng)用于氣象、農(nóng)林、化纖、食品、汽車、家用電器、工業(yè)自動(dòng)化測量和各種實(shí)驗(yàn)儀器儀表等領(lǐng)域。研制開發(fā)高性能價(jià)格比的測試系統(tǒng)，不僅可為生產(chǎn)商提供必要的測試工具，還可為溫度傳感器的可靠性研究提供有效的手段。
二、信號調(diào)理模塊的構(gòu)成及工作原理
pt膜溫度傳感器測試系統(tǒng)信號調(diào)理模塊的基本原理如圖1所示，整套測試系統(tǒng)一共有n個(gè)單元測量電路，能實(shí)現(xiàn)傳感器的多通道測量。每個(gè)單元測量電路采用四線制的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，而這種四線制的結(jié)構(gòu)中需要一個(gè)精密的恒流源;此外，由于單元測量電路的輸出信號較弱，還需要將輸出信號進(jìn)行直流放大，放大后再進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。為了提高測量精度，減小測量時(shí)外圍電路帶來的誤差，本設(shè)計(jì)采用了多路電子開關(guān)ka，使得n路單元測量電路共用一個(gè)0.5ma的精密恒流源，同時(shí)使n路單元測量電路共用一個(gè)放大電路，即在對pt溫度傳感器進(jìn)行測量時(shí)，只有當(dāng)電子開關(guān)組ka和kb組的第n個(gè)開關(guān)同時(shí)接通時(shí)才能夠選中第n個(gè)pt溫度傳感器并對其進(jìn)行參數(shù)的測量。
本系統(tǒng)采用了32個(gè)八選一的多路開關(guān)器件cd4051和兩個(gè)74ls138組成電子開關(guān)陣列，實(shí)現(xiàn)了對128個(gè)通道控制，可選擇128個(gè)pt電阻中任意一個(gè)進(jìn)行測試。測量電路所測得的pt電阻傳感器兩端的電壓經(jīng)過放大電路后進(jìn)入msp430單片機(jī)的進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。
三、恒流源的設(shè)計(jì)
恒流源原理如圖2所示[3、4]。本測試系統(tǒng)恒流源的電流值定為0.5ma，此電流值定為0.5ma主要有以下兩個(gè)原因：
（1）、如果恒流源的電流值過大，電流在流過pt電阻時(shí)產(chǎn)生的熱量會影響測試精度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電流值不能大于1ma;
（2）、如果恒流源的電流值過小，在測試時(shí)輸出的信號就會很小，為了使測量的信號滿足a/d的要求就必須加大放大電路的放大倍數(shù)，這樣就加大了系統(tǒng)的誤差。綜合考慮上述兩個(gè)原因，本系統(tǒng)中恒流源的電流值定為0.5ma。恒流源電路設(shè)計(jì)中使用了tlc2652高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器[2]和電壓基準(zhǔn)源tl431。tlc2652斬波穩(wěn)零的工作方式使其具有優(yōu)異的直流特性，失調(diào)電壓及其漂移、共模電壓、低頻噪聲等特點(diǎn)。tl431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)的電壓基準(zhǔn)源，它的輸出電壓可以在2.5v到36v范圍內(nèi)設(shè)置。
在設(shè)計(jì)恒流源時(shí)，電壓基準(zhǔn)源tl431使得a、b兩端的電壓為2.5v，b點(diǎn)與tlc2652的3腳的電位相等，而tlc2652的3腳與其2腳虛短，即3腳與2腳的電位相等，也就相當(dāng)于b點(diǎn)與tlc2652的2腳電位相等，即r1兩端的電壓與a、b兩端的電壓相等，也為2.5v，從而可以計(jì)算出流過r1的電流i1為0.5ma。tlc2652的2腳與其3腳虛斷，也就是說tlc2652的2腳沒有電流輸出，所以有i2=i1。換言之就是我們在c處得到0.5ma的恒流輸出。
四、放大電路的設(shè)計(jì)
由于所測出的pt電阻溫度傳感器兩端的電壓信號較弱，所以此電壓在進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換之前必須經(jīng)過放大電路（如圖3所示）的放大。
本系統(tǒng)中放大電路的輸入信號在50mv～70mv之間，所用a/d轉(zhuǎn)換的電壓范圍為0v～2.5v，經(jīng)過計(jì)算，放大電路的放大倍數(shù)為35倍左右時(shí)可以滿足a/d轉(zhuǎn)換的要求。普通的運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓一般在數(shù)百微伏以上，失調(diào)電壓的溫度系數(shù)在零點(diǎn)幾微伏以上。雖然輸入失調(diào)電壓可以被調(diào)零，但其漂移則是難以消除的。而斬波穩(wěn)零型運(yùn)算放大器tlc2652提供了一種解決號放大問題的廉價(jià)方案。斬波穩(wěn)零的工作方式使tlc2652具有優(yōu)異的直流特性，失調(diào)電壓為0.5μv（典型值）～1μv（zui大值）;輸入失調(diào)漂移電壓為0.003μv/℃（典型值），失調(diào)電壓長期漂移為0.003μv/月[3][8]。經(jīng)過計(jì)算，tlc2652的性能參數(shù)可以滿足本系統(tǒng)測量精度的要求，所以本系統(tǒng)的放大電路中的運(yùn)放采用了tlc2652。